Báo cáo khoa học: "Variabilité du pin polyphénolique sylvestre Pinus" potx

Article original Variabilité polyphénolique et systématique du pin sylvestre Pinus sylvestris L P Lebreton’ C Laracine-Pittet C Bayet J Lauranson Laboratoire de biochimie végétale de l’université Lyon-I 69622 Villeurbanne cedex France et GRECO CNRS 13043, Écologie des forêts méditerranéennes (Reçu le 1 er décembre 1988 ; accepté le 13 juin 1989) Résumé - Le Pin sylvestre est sujet à polymorphisme polyphénolique tranché : chez un premier chimiotype, la prodelphinidine constitue le flavonoïde majeur ; chez le second, la voie de la phényl-trihydroxylation est réprimée au profit de la dihydroxylation : la procyanidine et la quercétine augmentent, tandis qu’apparaît la dihydroquercétine (= taxifoline, T). Le pre- mier chimiotype (ou «chimiomorphe»), dit T-, est quasiment seul présent chez les populations «montagnardes» ou «froides» de l’espèce, de la Laponie à la Sierra Nevada, en passant par le Jura, les Alpes, le Massif central et les Pyrénées ; un cas extrême est offert par les individus écossais (procyanidine et quercétine vestigiales), relevant de la var scotica Schott. Le second chimiotype, T+, devient notable, voire prédominant, chez les populations plani- tiaires et «chaudes» ; il représente ainsi 29 à 62 % des individus en Suède centrale et méridionale, 43 % dans les basses Vosges, 32 % dans le Vaucluse (France), 35 % en Europe de l’Est. Du point de vue de la biogenèse chimique, ce second type est plus divers, et plus évolué. Outre la reconnaissance de la variété d’Ecosse, il est donc suggéré l’existence de 2 groupes infraspécifiques chez Pinus sylvestris L : un groupe archaïque boréo-alpin «A» (comme altitude) ayant persisté dans les zones-refuges élevées lors des dernières périodes interglaciaires ; un groupe plus récent et plus mobile «P» (comme plaine) ayant (re)colonisé (depuis le Nord-Est ?) les zones basses à la faveur des périodes de refroidissement. Cette proposition n’est pas contradictoire avec des hypothèses antérieures formulées par Guinier. Il n’est pas exclu que la reconnaissance et la sélection de ces chimiotypes flavoniques puisse constituer une aide à la pratique des reboisements, ou à leur analyse a posteriori. Pin sylvestre / conifères / polyphénols / polymorphisme / caractérisation infraspé- cifique Summary - Polyphenol variability and systematics of the Scots Pine (Pinus sylvestris L). Wi- thin the Scots Pine, we observed a marked polyphenolic polymorphism: in the first chemo- morph, prodelphinidin constitutes the main flavonoid whereas phenyl-trihydroxylation is suppressed by dihydroxylation in the second chemomorph : procyanidin and quercetin in- crease; at the same time dihydroquercetin (= taxifolin, T) appears. The first morph, called T-, is largely predominant within the "mountain" or "cold" populations of Scots Pine, from * Correspondance et tirés à part Lapland to Sierra Nevada (Spain), via the Jura, Alps, Massif central and Pyrenees: an extreme case is represented by the Scottish specimens (procyanidin and quercetin become vestigial) related to the var scotica Schott. The second morph, T+, becomes numerous and even predominant within the "plain" and "hot" populations. This morph constitutes 29-62% of in- dividuals in Central and Southern Sweden, 43% in Basses-Vosges, 32% in Vaucluse (France), 35% in Eastern Europe. From a biochemical point of view, the second morph is more diver- sified and highly evolved. In addition to the distinction of the Scottish variety, we propose thus to recognize 2 other subspecific taxa within Pinus sylvestris L: 1 archaic and boreo-alpine group called "A" (as for Altitude) , which has remained in refuge zones at high elevations during the interglacial periods; another group, more recent and more mobile, called "P" (as for Plain), which has (re)colonised the lowlands from the North-East during the cold periods. This proposition is not contrary to the former hypothesis expressed by Guinier. It would not be unreasonable to state that the determination and the selection of these flavonic chemo- morphs could help forestry, or its critical analysis a posteriori. Scots Pine / conifers / polyphenols / polymorphism / infraspecific characterization INTRODUCTION «De tous les pins, le Pin sylvestre est celui qui à l’aire naturelle la plus vaste : du Portugal à la mer d’Okhostsk, soit 9 000 km environ d’ouest en est ; du nord de la Norvège au sud de l’Es- pagne, soit 4 000 km du nord au sud ; en altitude, l’espèce se rencontre de- puis le niveau de la mer jusqu’à l’étage montagnard, ou même subalpin si la pluviosité est assez faible» (Arbez, 1987). Dans de telles conditions, rien de très étonnant à constater chez le Pin sylvestre une grande variabilité mor- phologique et physiologique (port, rus- ticité, gélivité, productivité, etc), expliquant pour une bonne part les di- vergences et l’embarras des systéma- ticiens. Espérant peut-être rendre compte de la réalité de terrain, Cars- lisle (1958, cité par Gaussen, 1960) va jusqu’à inventorier pas moins de 144 «types» distincts ; plus modestes, et plus réalistes, Jalas et Suominen (1973) cartographient l’espèce «as a collective taxon only» dans l’Atlas Flo- rae Europeae. Gaussen, quant à lui, propose de re- connaître 7 sous-ensembles, dont cer- tains correspondent à des sous- es- pèces ou variétés classiquement reconnues, notamment par des fores- tiers : le Pin de Riga (var rigensis Loud), le Pin d’Ecosse (var scotica Schott), le Pin des Vosges (var hague- nensis Loud, rapprochée il est vrai des var bororussica Schott, engadinensis Heer, nevadensis Christ, etc, comme groupe des basses altitudes de l’aire moyenne et méridionale). De Ferre (1979) va dans le même sens et - après une étude biométrique des coty- lédons et des plantules - définit 2 grands ensembles, de part et d’autre du 46 e parallèle : un groupe septentrio- nal comprenant 3 sous-groupes (scan- dinave, écossais, centre-européen), un groupe méridional opposant un sous- groupe oriental à une vaste entité cou- vrant les Alpes et toute l’Espagne. Devant une situation aussi com- plexe, voire confuse, il nous a semblé intéressant et utile d’appliquer à Pinus sylvestris la démarche chimiotaxi- nomique, fondée sur l’enchaînement causal ADN nucléaire/ARN messa- ger/protéines enzymatiques/substrats primaires/métabolites secondaires ; en l’occurrence, les molécules indicatrices ressortissent à la classe des polyphé- nols, groupe des flavonoïdes, large- ment utilisés dans notre laboratoire. Ces «marqueurs» ne semblent pas avoir été employés jusqu’alors pour le Pin sylvestre, tandis que les terpènes ont été maintes fois sollicités (Juvonen, Hiltunen, 1972, 1974 ; Hiltunen, 1975, 1976 ; Hiltunen et al, 1975a et b ; Lange, Weissmann, 1988 ; Tigerstedt et al, 1978 ; Yazdani et al, 1982, 1985, 1986) de même que les isoenzymes (Rudin, 1975, 1976, 1977 ; Rudin, Ek- berg, 1978), sans pour autant résoudre totalement, semble-t-il, les problèmes systématiques posés. Le présent travail est le développe- ment d’une thèse de 3e cycle (Lara- cine, 1984) ; des notes préliminaires ont été publiées (Lebreton, Laracine, 1984 ; Laracine, Lebreton, 1985 ; La- racine-Pittet, Lebreton, 1988). Il corres- pond au plan de la biochimie foliaire à l’interrogation soulevée par Birot et La- caze (1981) quant à la provenance des graines utilisées en reboisement, et prétend fournir des éléments de juge- ment pour une meilleure caractérisation théorique et pratique du complexe spé- cifique Pinus sylvestris. MATÉRIEL ET MÉTHODES Echantillonnage (au niveau des populations) et analyse (au niveau des individus) doivent être particulièrement soignés pour de telles études. Échantillonnage botanique Les populations n os 4 à 10 (tableau I) et les pins d’Ecosse fournis par MM Forrest et Phil- lips ont été prélevés in natura dans des condi- tions garantissant leur indigénat. Les échantillons de Suède (Dr Yazdani) et ceux provenant de l’INRA (basses Vosges, reste de la France, pays de l’Est) sont issus de plan- tations comparatives (Amance, Royat, les Barres ou Bout) (Lacaze, 1964) (tableau II). La thèse précitée a permis de montrer que : - l’expression flavonique est bien détermi- née génétiquement, la variabilité intraclonale (éprouvée sur 10 clones différents, à raison de 4 plants greffés par clone) étant du même ordre de grandeur ( ± 7 à 15 % selon les molécules, en teneur relative) que la va- riabilité intra-individuelle ; - exception faite des jeunes aiguilles (de juin à août) de l’année, le contenu flavonique ne subit pas de variations saisonnières et in- terannuelles importantes ( ± 7-9 % sur 12 mois consécutifs chez le même individu, pour 3 marqueurs affectés d’une incertitude strictement analytique égale à 2-4 %), varia- tions bien inférieures à la plupart des diffé- rences notées entre individus distincts ; - enfin, les mêmes clones cultivés dans des arboretums différents (et distincts de la sta- tion naturelle d’origine) montrent des teneurs flavoniques tout à fait comparables, les écarts étant là encore du même ordre de grandeur que ceux notés dans le même site entre greffons issus du même clone, ou en- tre échantillons prélevés sur le même indi- vidu. Les figures 1 et 2 illustrent clairement l’ampleur de cette variabilité qui, globale- ment estimée à ± 10 % en pratique, per- met de formuler toutes conclusions face à des différences parfois supérieures à 100 % entre individus distincts, souvent issus de la même population. Analyse biochimique L’analyse a porté sur des aiguilles adultes séchées à l’air libre, à l’abri de la chaleur et de la lumière vives. Exposé en détail par ailleurs (Laracine, 1984), le mode opératoire est basé sur le traitement acide (HCI 2 N, 160 ml aq pour 2 g de poudre végétale ; 45 min au bain-marie bouillant) des proan- thocyanidines (qui génèrent les anthocyani- dines homologues, cyanidine et delphi- nidine) et des glycosides flavoniques (qui li- bèrent les aglycones correspondants : kaempférol, quercétine, isorhamnétine, voire taxifoline (= dihydro-2,3 quercétine)) . Lundgren et Theander (1988) ont récemment confirmé la présence de taxifoline dans les ai- guilles du Pin sylvestre, et précisé sa structure sous forme glucosidique ; ils signalent également l’existence de chimiotypes basés sur ce flavo- noïde. Les anthocyanidines totales sont dosées en phase aqueuse à 535 nm, les flavonols à 425 nm après extraction à l’éther, reprise par l’éthanol et complexation aluminique. Les proportions des substances sont déter- minées par CLHP (chromatographie liquide haute performance ; colonne C18 Micro- Bondapak ; solvant MeOH/H20/AcOH : 30/60/10 pour les anthocyanidines, 40/55/05 pour les flavonols). Le produit de la teneur globale en flavonoïdes par la teneur relative (mesurée en hauteur de pics) donne la te- neur absolue (mg.g -1 ) de chaque composé. Bien que la taxifoline apparaisse - avant les flavonols - en CLHP, il est plus commode de la détecter par CCM (chromatographie sur couche mince ; polyamide Merck 11 F 254 ; solvant Bz/MeOH/MEC : 40/30/40, Rf 0,57, fluorescence brune) (fig 3 pour des profils CLHP). RÉSULTATS ET DISCUSSION Reconnaissance d’un polymorphisme flavonique Une première population (Hanau, basses Vosges du Nord ; 30 spécimens préle- vés dans des plantations INRA) a été étudiée de manière approfondie. Le fait marquant est la coexistence de 2 chimio- types bien distincts (fig 4) : le premier (17 spécimens) est marqué par la pré- dominance de la prodelphinidine, en va- leurs relatives (90 ± 2 % du total des 2 proanthocyanidines présentes) comme absolues (2,03 ± 0,29 mg.g -1 ) ; le se- cond (13 spécimens) voit la phényl-trihy- droxylation régresser au profit de la dihydroxylation. En effet, non seulement la prodelphinidine est alors concur- rencée par la procyanidine (prodelphi- nidine : 56 ± 5 % et 0,95 mg.g -1 , alors que la procyanidine, précédemment égale à 0,23 mg.g -1 vient ici à 0,75 mg.g -1 , mais la quercétine double en valeur absolue (elle passe de 0,29 ± 0,08 mg.g -1 à 0,62 ± 0,14 mg.g -1 ; de 23 ± 5 à 30 ± 4 % du total des fla- [...]... Editeur, 131 p Birot Y, Lacaze JF (1981) Choix des sources de graines de Pin sylvestre Rev For Fr (Nancy) XXXIII, 187-194 Chalchat JC, Garry RP, Michet A, Remery A (1985) The essential oils of two chemotypes of Pinus sylvestris Phytochem 24, 2443-2444 De Ferre Y (1979) Apport de l’étude des plantules dans la connaissance du Pin sylvestre Bull Soc Bot Fr Actual Bot 126, 217-226 Gaussen H (1960) Les Gymnospermes... Pin sylvestre aux profils terpé- niques (déterminés sur branchettes) totalement différents : la première population (col de la Moréno, altitude 1 000 m ; Puy-de-Dôme) possède du Δ-3 carène à la teneur relative de 32 ± 10 % dans le total des monoterpènes ; la seconde (Cissac-Saint-IIpize, altitude 600 m, Haute-Loire) ignore pratiquement ce constituant, au profit (relatif) de l’a et du β -pin ne... plus classiques Le praticien évitera ainsi d’implanter, ou de maintenir, des individus T+ en altitude, et les favorisera plutôt pour toute opération conduite dans l’étage colli- néen Corrélations biochimiques De nombreuses études ont été consacrées (vide supra) à la composition terpénique des «résineux» en général, du Pin sylvestre en particulier, dans l’espoir de contribuer à une meilleure définition... and inheritance of some monoterpenes in Pinus silvestris Planta Med 28, 315-323 Hiltunen R (1976) On variation, inheritance and chemical interrelationships of monoterpenes in Scots Pine (Pinus sylvestris ) Ann Acad Sci Fenn 208 In : Biol Abstr (1976) 62, 25822 Hiltunen R, Juvonen S, Tigerstedt PMA (1975a) Geographical variation in some monoterpenes in Scots Pine (Pinus silves- tris ) in Finland Farm Aikak... terpene biosynthesis in Pinus sylvestris Biogenetic studies through data treatment Farm Aikak 83, 71-82, In : Chem Abstr (1975) 82, 70291 n Lacaze JF (1964) Comparaison de diverses provenances de Pin sylvestre (Pinus sylvestris L) représentées dans les arboretums forestiers Rev For Fr (Nancy) XVII, 658-686 Lange W, Weissmann G (1988) Die Zusammensetzung der Harzbalsame von Pinus sylvestris L verschiedener... central (6,0 à La Moréno contre 2,2 à Saint-Ilpize) Sous réserve d’inventaire, métabolismes terpénique et polyphénolique semblent donc évoluer indépendamce qui ne surprend pas outre meà la réflexion, puisque l’un dépend de la voie du mévalonate, l’autre de la voie du shikimate, très différentes du point de vue de la biogenèse chimique ; ils ne peuvent donc vraisemblablement pas se prêter aux mêmes exploitations... polyphénols et les terpènes (Yazdani et al, 1985) Bien distinctes quant à la fréquence du chimiotype T+ (8 et 62 % respectivement), elles ne semblent pas très éloignées du point de vue terpénique : leurs teneurs en Δ-3 carène sont élevées, et identiques (40,2 ± 0,5 vs 39,6 ± 0,6 %), et si le rapport α -pin ne/β -pin ne l’emporte chez la population méridionale (il est égal à 1,65 contre 0,60... flavonique infraspécifique chez deux Conifères : le Pin sylvestre et le Genée vrier commun Thèse doctorat 3 cycle, université Lyon-I, n° 1424, 193 p Laracine C, Lebreton P (1985) Le Pin syl- vestre, une e morphe 7 Montpellier espèce flavoniquement polyPop, réunion Gr Fr Genet Biol P Lebreton Laracine-Pittet C, (1988) Flavonoid variability within Pinus sylvestris Phytochem 27, 2663-2666 Lebreton P,... (1978) Linkage studies in Pinus silvestris using macro-gametophytes allozymes Silvae Genet 27, 112 Tigerstedt PMA, Hiltunen R, Chung MS, Moren E (1978) Inheritance and genetic variation of monoterpenes in Scots Pine (Pinus sylvestris ) In : Proc Conf Biochem Genet Forest Trees, Umea D Rudin Edit Yazdani R, Nilsson JE (1986) Cortical monoterpene variation in natural populations of Pinus sylvestris in Sweden... l’indigénat d’un peuplement situé à 500 m d’altitude sera douteux si aucun individu T+ n’y - peut être décelé ; elle peut guider l’échantillonnage - pour toute étude biologique à conduire l’espèce Des corrélations physiologiques sont d’ailleurs possibles, les flavonoïdes paraissant tenir un rôle d’indicateurs à l’égard du «dépérissement forestier» chez les conifères (cf sur Louguet in Queiroz, 1987) . Article original Variabilité polyphénolique et systématique du pin sylvestre Pinus sylvestris L P Lebreton’ C Laracine-Pittet C Bayet J Lauranson Laboratoire. analysis a posteriori. Scots Pine / conifers / polyphenols / polymorphism / infraspecific characterization INTRODUCTION «De tous les pins, le Pin sylvestre est celui qui à l’aire. posteriori. Pin sylvestre / conifères / polyphénols / polymorphisme / caractérisation infraspé- cifique Summary - Polyphenol variability and systematics of the Scots Pine (Pinus